martes, 7 de enero de 2014

Descifran el mecanismo molecular que usa la célula para obtener energía

La clave reside en la transferencia de electrones, partículas con carga negativa. Conocer este proceso permitiría optimizar, por ejemplo, dispositivos usados para generar energía solar o fabricar biocombustibles
CONICET/DICYT Durante años diferentes grupos de investigación del mundo debatieron – muchas veces encarnizadamente – sobre la naturaleza de la transferencia de electrones en la respiración celular, un proceso que transforma los alimentos que se ingieren en la fuente de energía que utilizan las células.

Mitocondria
En las células de plantas y animales, esta reacción ocurre en un conjunto de pequeñas organelas de la célula, llamadas mitocondrias. En una investigación reciente, publicada en el prestigioso Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), los investigadores zanjaron la discusión histórica al revelar la naturaleza de este mecanismo.

“Durante la respiración celular fluyen electrones a través de proteínas en la membrana de la mitocondria, y esto genera el potencial para fabricar las moléculas que utiliza la célula como fuente de energía”, explica Damián Álvarez-Paggi, becario doctoral del CONICET en el Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE, UBA-CONICET) y uno de los autores.

A partir del estudio de una proteína de la membrana de la cadena respiratoria de la bacteria Thermus thermophilus, el equipo descubrió que existen dos circuitos – no uno solo, como se suponía hasta ahora – que regulan el mecanismo de transferencia de electrones.

Alejandro Vila, investigador principal y director del Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR) lo compara con una puerta que se puede abrir en dos sentidos.

“La clave reside en unos átomos de cobre alojados dentro de la proteína y que actúan como conductores de los electrones”, explica. Estas partículas deben entrar y salir, y esto ocurre a través de dos caminos diferentes: hasta ahora se veía que el transporte ocurría por una única vía, como una puerta que se abre en un sentido. “Se creía que por un mismo camino entraba o salía”, grafica.

Sin embargo, cuando modificaron ligeramente la estructura de la proteína descubrieron que la puerta se podía ‘abrir’ hacia ambos lados. “El sitio de cobre tiene dos estados: uno que le permite tomar electrones y otro que le permite enviarlos hacia otra parte”, asegura Vila.

Ese segundo estado se conoce como invisible u oculto, y está latente hasta que pequeñas perturbaciones en la estructura de la proteína hacen que se active en un determinado momento. Para estudiarlo, el equipo del IBR introdujo pequeñas mutaciones en la estructura de la proteína, que no afectaban los átomos de cobre pero sí el entorno que lo rodeaba.

El equipo del INQUIMAE demostró experimental y teóricamente que estas variaciones permitían transportar los electrones a grandes distancias – en términos celulares: alrededor de 20 Angstrom, una diez mil millonésima parte del metro.

“Como cada camino está optimizado para un proceso distinto, esto permite que el flujo de electrones ocurra a altas velocidades, compatibles con la vida, pero al mismo tiempo de manera eficiente, lo cual permite optimizar la producción de energía” comenta Álvarez-Paggi.


Ciencia básica: el pilar de los desarrollos

Daniel Murgida, investigador independiente del CONICET en el INQUIMAE y coordinador del estudio junto con Vila, comenta que la transferencia de carga es un mecanismo que está presente en diferentes sistemas que van desde la fotosíntesis vegetal, con impacto en biocombustibles, hasta las celdas solares, de las que constituye el principio básico de funcionamiento.

“En todos ocurren reacciones de transferencia de electrones”, dice Murgida, “y si uno comprende como funciona la teoría puede eventualmente aprender a imitar, regular y mejorar el funcionamiento de enzimas para su uso, como ladrillos en la construcción de dispositivos tecnológicos”.

Además, a largo plazo, este tipo de hallazgos podrían contribuir a entender y buscar tratamientos para enfermedades mitocondriales como el síndrome de Kearns-Sayre, caracterizado por debilidad en los músculos oculares, pérdida de la visión, problemas cardíacos y de equilibrio. Se estima que las enfermedades mitocondriales afecta a uno de 4 mil niños.


Trabajo conjunto

Los equipos de trabajo el IBR y el INQUIMAE colaboraron codo a codo en este proyecto. Los investigadores de Rosario se centraron en la generación de las mutaciones de la proteína y la espectroscopía electrónica y de resonancia magnética nuclear, mientras que el grupo del INQUIMAE realizó experimentos electroquímicos, de espectroscopía Raman y cálculos cuánticos de alto nivel.

“Entre Buenos Aires y Rosario hicimos una labor complementaria para resolver un problema. Es una de las colaboraciones más satisfactorias que he tenido como investigador”, asegura Vila.

“Entre los grupos del IBR y del INQUIMAE conformamos un equipo de trabajo horizontal con capacidades complementarias, pero con intereses y objetivos comunes. El efecto sinérgico de la colaboración nos permitió alcanzar resultados que van mucho más allá de la suma de nuestras capacidades individuales”, señala Murgida.

Fuente: agencia iberoamericana para la difusión de la ciencia y la tecnología dicyt

domingo, 5 de enero de 2014

Mejoran el rendimiento y la calidad forrajera del maíz

Universidad Nacional de Lomas de Zamora
Facultad de Ciencias Agrarias

Mejoran el rendimiento y la calidad forrajera del maíz

Una investigación realizada en la Facultad de Ciencias permitió mejorar los híbridos de maíz a partir de la incorporación de alelos provenientes de poblaciones nativas. De esta manera, se optimiza el rendimiento del cultivo y su calidad y se obtiene un producto de excelente valor nutricional que permite mantener la oferta de forraje estable para el ganado vacuno durante todo el año. Expandir la base genética del maíz, uno de los principales cultivos nacionales, es uno de los objetivos del estudio.
Un investigador de la Universidad Nacional de Lomas de Zamora logró identificar poblaciones nativas de maíz que permiten mejorar híbridos simples para obtener mayores rendimientos y calidad de silaje. “Nos encontramos ante una gran necesidad de incrementar la variabilidad genética en los programas de mejoramiento y de identificar genotipos que nos permitan aumentar el rendimiento y la calidad forrajera de los híbridos comerciales de maíz y, para ello, las poblaciones nativas presentan un gran potencial”, señala a Argentina Investiga el líder del proyecto, Salvador Juan Pablo Incognito.

Un híbrido simple se define en el ámbito agropecuario como la cruza entre dos líneas endocriadas que cumplen el rol de progenitor. “Esto permite explotar el vigor híbrido y sus características asociadas, de manera de producir genotipos uniformes y muy rendidores que reúnan las mejores características presentes en los progenitores”, explica el investigador. Los híbridos que podrán mejorarse son representativos de dos patrones heteróticos muy conocidos y utilizados en la Argentina, Stiff Stalk Synthetic × Lancaster Sure Crop (B73 × Mo17) y Stiff Stalk Synthetic × Cristalino Anaranjado Argentino (B73 × LP122-2).

La investigación permitió identificar, mediante la utilización de métodos biométricos, las poblaciones nativas que presentaron mayor potencial para mejorar el maíz destinado a la producción de silaje. “De esta manera, se pretende aumentar la probabilidad de obtener, en un futuro cercano, híbridos mejorados genéticamente para su producción y calidad forrajera. Los resultados indican que las poblaciones nativas representan una fuente potencial de viabilidad genética útil para mejorar los híbridos de maíz, destinados tanto a la producción de grano como de forraje” indica el especialista.

Por otro lado, el silaje es uno de los principales alimentos para el ganado vacuno gracias a su aporte energético, ya que se trata del producto de la conservación del forraje por “vía húmeda”, esto quiere decir que el forraje se conserva debido a la presencia de ácidos orgánicos, fundamentalmente el ácido láctico, producido por fermentación anaeróbica (sin oxígeno). “Otro de los beneficios es que, al poder ser conservado, permitiría estabilizar la oferta forrajera durante todo el año y depender en menor medida de la producción estacional que poseen las pasturas”, puntualiza.

Según Incognito “la base genética del maíz es estrecha; en consecuencia, debe ampliarse mediante la incorporación de alelos provenientes de tipos de germoplasma exótico o que no hayan sido comúnmente utilizados en los programas de mejoramiento”.

El estudio se realiza desde 2008 y tiene como objetivo central expandir la base genética del maíz, cultivo que se encuentra entre los principales tanto en Argentina como a lo largo del mundo. Según Incognito “se eligió el maíz porque el país es uno de los grandes productores a nivel mundial. Nosotros tenemos tecnología e investigadores de primer nivel a escala internacional”.

Entre los principales resultados se concluyó que “además de tener un gran peso propio, el haber identificado poblaciones nativas de maíz que nos permitan mejorar el rendimiento y la calidad forrajera, esto colabora en detectar cuáles son las mejores fuentes de alelos favorables para ser introducidos por selección asistida por marcadores moleculares (selección genómica), lo cual permite un uso más eficiente de esta tecnología.

Así, la combinación de la evaluación de las colecciones de germoplasma y de herramientas como la selección genómica aumentaría la probabilidad de mejorar la base genética utilizada en el desarrollo de líneas endocriadas para lograr un incremento sostenido en el rendimiento y la calidad del forraje”, concluye Incognito.

La investigación fue premiada por la secretaría de Estado de Ciencia, tecnología e innovación de la provincia de Santa Fe, además de ser publicada por “Crop Science”, una de las revistas de mayor renombre en el área de mejoramiento genético.

El proyecto fue dirigido por el doctor César López y co-dirigido por los doctores Guillermo Eyhérabide y Luis Bertoia. Se basó en experiencias internacionales que tuvieron el objetivo de identificar poblaciones nativas de maíz para mejorar el rendimiento de grano y la resistencia a diferentes adversidades bióticas y abióticas, pero ninguna de ellas tuvo como objetivo mejorar el rendimiento y la calidad de forraje. La cátedra de Mejoramiento genético trabaja hace tiempo en conjunto con el Grupo de Mejoramiento de maíz (integrado por los doctores Guillermo Eyhérabide y Daniel Presello y el ingeniero agrónomo Daniel Lorea) y el Banco de Germoplasma (integrado por el ingeniero agrónomo Marcelo Ferrer y la ingeniera agrónoma Raquel Defacio) de la Estación experimental agropecuaria Pergamino del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA) y fruto de esta unión deriva este proyecto.
Noelí Cristti / Julián López
unlzinvestiga@gmail.com
Área de Prensa
Universidad Nacional de Lomas de Zamora